KR101326879B1 - 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치 - Google Patents

광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정렬 효율과 접합 신뢰성을 높일 수 있는 광 커넥터 및 그를 구비한 광학 장치를 개시한다. 그 커넥터는 기판 상에 형성된 광 도파로와, 상기 광 도파로 상의 광 커플러와, 상기 광 커플러에 결합되는 광섬유를 고정하는 페룰을 정렬하는 핀 홀 및 스터드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

Description

광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치{optical connector and optical apparatus having the same}
본 발명은 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치에 관한 것으로, 구체적으로 광섬유를 정렬하는 페룰과, 광 도파로가 형성된 기판을, 정렬하는 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치에 관한 것이다. 본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-004-04, 과제명: 실리콘 기반 초고속 광인터커넥션 IC].
광으로 데이터를 전송하는 기술은 IT-oriented society에서 요구되는 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있다는 장점에서 많은 잠재성을 가지고 있다. 이와 같은 장점에 따라 장거리 광통신 기술이 일찍부터 개발되어 상용화되고 있으며, 최근에는 단거리의 광 연결(optical interconnection)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 광 연결 기술은 컴퓨터와 모바일 기기에까지 다양하게 응용되고 있다. 광 연결 기술은 광 커넥터의 커플링 효율을 높이는 방향으로 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정렬 효율을 높일 수 있는 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 광 접합 신뢰성을 높일 수 있는 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 광 커넥터는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 광 도파로; 상기 광 도파로 상에 형성된 광 커플러; 및 상기 광 커플러에 결합되는 광섬유를 고정하는 페룰을 상기 기판에 정렬하는 페룰 정렬부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰 정렬부는 상기 기판에 형성된 복수개의 핀 홀을 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 핀 홀들은 상기 광 도파로를 가로지르는 방향으로 상기 광 커플러의 양측에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 핀 홀들은 상기 광 커플러와 동일 선상에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 핀 홀들에 삽입되는 가이드 핀을 더 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판의 하부에 형성된 보조 기판을 더 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 보조 기판은 상기 핀 홀들과 동일한 크기의 보조 핀 홀을 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰 정렬부는 복수개의 스터드를 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 스터드들은 박막 패턴 또는 솔더 볼 중 적어도 하나를 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰 정렬부는 상기 광 도파로를 가로지르는 상기 광 도파로의 양측에 각기 형성된 핀 홀들과 스터드를 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 커플러는 그레이팅 커플러를 포함 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유; 상기 광섬유를 고정하는 페룰; 및 상기 페룰에 고정된 상기 광섬유에 결합되는 광 커플러와, 상기 광 커플러에 연결된 광 도파로와, 상기 광 도파로 및 상기 광 커플러가 형성된 기판과, 상기 기판 상에서 상기 페룰을 정렬하는 페룰 정렬부를 구비하는 광 커넥터를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰은 상기 기판 상의 상기 페룰 정렬부에 대응되는 제 2 핀 홀을 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰 정렬부는 상기 제 2 핀 홀에 삽입되는 스터드를 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 핀 홀에 삽입되는 가이드 핀을 더 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰 정렬부는 상기 제 2 핀 홀에 삽입된 가이드 핀을 통과시키는 제 1 핀 홀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 페룰은 상기 광섬유를 상기 광 커플러에 70도 내지 89도의 경사각으로 접합할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 기판 상에 형성된 핀 홀 및 스터드 중 적어도 하나를 이용하여 기판과 페룰의 정렬 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 핀 홀 및 스터드를 이용하여 페룰에 정렬되는 광섬유와, 기판 상의 광 커플러와의 광 접합 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 커넥터를 포함하는 광학 장치를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 커넥터를 포함하는 광학 장치를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 커넥터를 포함하는 광학 장치를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 커넥터를 포함하는 광학 장치를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 커넥터(100)는, 페룰(20)에서 정렬된 광섬유들(22)에 광 결합되는 광 도파로들(12) 양측의 기판(10)을 관통하여 가이드 핀(30)이 삽입되는 복수개의 제 1 핀 홀들(16)을 포함할 수 있다. 복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 기판(10)에서 가이드 핀(30)을 통과시킬 수 있다. 가이드 핀(30)은 기판(10)에 형성된 복수개의 제 1 핀 홀들(16)과, 페룰(20)에 형성된 제 2 핀 홀들(26)에 통과될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 페룰(20)의 제 2 핀 홀들(26)에 삽입되는 가이드 핀(30)을 통과시키는 복수개의 제 1 핀 홀들(16)들을 이용하여 정렬효율을 높일 수 있다. 또한, 페룰(20)에 정렬되는 광섬유들(22)과, 기판(10)에 형성된 광 도파로들(12)의 광 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
광 도파로들(12)은 광섬유들(22)을 통해 입출력되는 광신호를 전달할 수 있다. 광 도파로들(12)은 기판(10)의 내부 또는 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 도파로들(12)은 결정 실리콘 또는 폴리 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 광 도파로들(12)은 기판(10)에 형성된 광전 소자(미도시)와 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 광전 소자는 반도체 광증폭기, 광변조기, 먹스, 디먹스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기판(10)은 적어도 하나의 광전 소자가 집적된 광전 소자 칩을 포함할 수도 있다.
기판(10)은 광 도파로들(12)이 형성된 평판을 포함할 수 있다. 기판(10)은 결정 실리콘, 실리콘 산화막, 유리 중 적어도 하나를 포함하는 웨이퍼를 포함할 수 있다. 실리콘 산화막 또는 유리 재질로 이루어질 수 있다. 기판(10)은 외부의 충격으로부터 취약하기 때문에 보조 기판(11)에 의해 보호될 수 있다. 보조 기판(11)은 기판(10)의 제 1 핀 홀들(16)에 삽입되는 가이드 핀(30)을 고정할 수 있다. 즉, 기판(10)은 보조 기판(11)과 페룰(20)사이에서 보호될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 보조 기판(11)은 복수개의 제 1 핀 홀들(16)과 동일한 내경의 복수개의 보조 핀 홀들(13)을 구비할 수 있다. 보조 핀 홀들(13)은 가이드 핀(30)이 삽입될 수 있다. 예를 들어, 보조 기판(11)은 플라스틱 기판을 포함할 수 있다.
광 도파로들(12)과 광섬유들(22)사이에는 광 커플러(14)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 커플러(14)는 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다. 그레이팅 커플러는 광섬유들(22)과 접촉되는 광 도파로들(12)에 형성된 복수개의 직선, 메시, 또는 복수개의 동심원 모양의 그루브를 포함할 수 있다.
복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 광 도파로들(12)에 형성된 광 커플러(14)의 양측에 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 광 커플러(14)와 일직선으로 형성될 수 있다. 복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 광 도파로들(12)의 길이방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 복수개의 제 1 핀 홀들(16)사이에 광 도파로들(12) 및 광 커플러(14)가 등간격으로 배치될 수 있다. 복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 가이드 핀(30)을 통해 복수개의 제 2 핀 홀들(26)과 서로 대응될 수 있다. 복수개의 제 1 핀 홀들(16)간의 거리는 복수개의 제 2 핀 홀들(26)간의 거리와 동일할 수 있다. 따라서, 복수개의 제 1 핀 홀들(16)은 기판(10) 상에 접합되는 페룰(20)을 가이드 하는 페룰 가이드부가 될 수 있다.
광섬유들(22)은 광 도파로들(12)과 수직하거나 소정의 각도로 기울어지게 접합될 수 있다. 예를 들어, 광섬유들(22)은 반사 손실을 최소화하기 위해 광 도파로들(12) 및 광 커플러(14)에 약 1° 내지 약 20°의 입사각으로 광을 입사할 수 있다. 즉, 광섬유들(22)은 광 커플러(14)에 기판(10)의 수평면에서 약 89°내지 약 70°정도로 기울어지게 접합될 수 있다.
복수개의 광섬유들(22)은 페룰(20)에 의해 정렬될 수 있다. 페룰(20)은 기판(10)의 광 커플러(14) 및 광 도파로들(12)에 접합되는 복수개의 광섬유들(22)을 고정할 수 있다. 페룰(20)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 페룰(20)은 기판(10)과 평행한 하부면을 갖는 직육면체 모양을 가질 수 있다. 페룰(20)은 스테인레스강, 폴리머, 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹은 산화알루미늄 또는 산화지르코늄을 포함할 수 있다. 페룰(20)은 광섬유들(22)을 통과하는 적어도 하나의 관통 홀(24)을 포함할 수 있다. 또한, 페룰(20)은 관통 홀(24)의 외곽에 형성되는 제 2 핀 홀들(26)을 포함할 수 있다. 제 2 핀 홀들(26)은 제 1 핀 홀들(16)과 동일한 내경을 가질 수 있다. 제 2 핀 홀들(26)은 페룰(20)의 양측 가장자리에 대칭적으로 형성될 수 있다.
가이드 핀(30)은 페룰(20)의 제 2 핀 홀들(26)과, 기판(10)의 제 1 핀 홀들(16)에 통과될 수 있다. 가이드 핀(30)은 페룰(20)과 기판(10)을 고정할 수 있다. 가이드 핀(30)은 페룰(20)과 기판(10)을 정렬할 수 있다. 예를 들어, 가이드 핀(30)의 외경이 제 1 핀 홀들(16) 및 제 2 핀 홀들(26)의 내경과 동일할 경우, 가이드 핀(30)은 페룰(20)과 기판(10)을 고정할 수 있다. 또한, 가이드 핀(30)이 삽입된 제 1 핀 홀들(16) 및 제 2 핀 홀들(26)에 접착제가 도포되면, 페룰(20)과 기판(10)은 고정될 수 있다. 가이드 핀(30)은 샤프트 또는 쐐기 모양으로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 기판(10) 상에서 가이드 핀(30)에 삽입되는 복수개의 제 1 핀 홀들(16)을 이용하여 상기 기판(10)과 페룰(20)의 광정렬 효율을 높일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 커넥터를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 기판(10) 상의 광 도파로들(12) 양측에서 페룰(20)의 제 2 핀 홀들(26)에 삽입되는 복수개의 스터드들(18)을 포함할 수 있다. 복수개의 스터드들(18)은 기판(10)과 페룰(20)을 정렬할 수 있다. 또한, 복수개의 스터드들(18)은 페룰(20)에 정렬된 광섬유들(22)과, 기판(10) 상의 광 도파로들(12)을 광 정렬할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 광 도파로들(12) 양측의 기판(10) 상에 형성된 복수개의 스터드들(18)을 페룰(20)의 제 2 핀 홀들(26)에 삽입할 수 있기 때문에 상기 기판(10)과 상기 페룰(20)의 광정렬 효율을 높일 수 있다. 또한, 페룰(20)에 정렬되는 광섬유들(22)과, 기판(10)에 형성된 광 도파로들(12)의 광 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
복수개의 스터드들(18)은 기판(10) 상에 일정 높이로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 스터드들(18)은 약 50㎛ 내지 약 2000㎛정도의 높이로 형성될 수 있다. 복수개의 스터드들(18)은 적어도 하나의 광 커플러(14)를 중심에 두고 일직선 상에 배치될 수 있다. 복수개의 스터드들(18)은 제 2 핀 홀들(26)의 내경과 동일한 외경을 가질 수 있다. 복수개의 스터드들(18)은 기판(10)을 식각하여 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 스터드들(18)은 기판(10) 상의 박막 패턴 및 솔더 볼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 박막 패턴은 기판(10) 상에 증착되는 박막이 포토리소그래피 방법에 의해 패터닝될 수 있다. 박막 패턴은 결정 실리콘, 실리콘 산화막, 금속, 유리 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 솔더 볼은 프린팅 방법으로 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 복수개의 스터드들(18)은 기판(10) 상에서 페룰(20)을 정렬하는 페룰 정렬부가 될 수 있다.
페룰(20)에 형성된 복수개의 제 2 핀 홀들(26)은 복수개의 스터드들(18)의 외경과 동일한 내경을 가질 수 있다. 기판(10)과 페룰(20)을 고정하기 위해, 복수개의 제 2 핀 홀들(26)과 복수개의 스터드들(18)에 접착제가 도포될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 기판(10) 상의 광 도파로들(12) 양측에 형성된 복수개의 스터드들(18)을 이용하여 페룰(20)과의 정렬 효율을 높일 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 커넥터를 나타내는 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 커넥터(100)는, 기판(10) 상의 광 도파로들(12) 양측에 각각 형성된 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)를 포함할 수 있다. 제 1 핀 홀(16)은 페룰(20)의 제 2 핀 홀(26)에 통과되는 가이드 핀(30)을 삽입할 수 있다. 스터드(18)는 제 2 핀 홀(26)에 삽입될 수 있다. 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)는 기판(10)과 페룰(20)을 정렬시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 기판(10) 상의 광 도파로들(12) 양측에 각각 형성된 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)를 이용하여 페룰(20)과 기판(10)의 정렬 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 페룰(20)에서 정렬되는 광섬유들(22)과 광 도파로들(12)의 광 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
제 1 핀 홀(16)은 광 커플러(14)의 일측에 배치되고, 스터드(18)는 상기 제 1 핀 홀(16)에 대향되는 상기 광 커플러(14)의 타측에 배치될 수 있다. 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)는 기판(10) 상에 페룰(20)을 정렬하는 페룰 정렬부가 될 수 있다. 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)는 광 커플러(14)와 일직선으로 형성될 수 있다. 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)는 기판(10)에서 원형으로 형성될 수 있다. 복수개의 제 2 핀 홀들(26)의 크기가 동일 할 경우, 제 1 핀 홀(16)과 스터드(18)는 동일한 크기의 직경을 가질 수 있다.
제 1 핀 홀(16)과 제 2 핀 홀들(26)은 동일한 크기의 직경을 가질 수 있다. 제 1 핀 홀(16)과 제 2 핀 홀들(26)은 가이드 핀(30)에 삽입될 수 있다. 가이드 핀(30)은 기판(10)과 페룰(20)을 정렬 및 고정할 수 있다. 즉, 가이드 핀(30)은 기판(10) 상의 광 커플러(14)와 페룰(20)의 광섬유들(22)을 정렬시킬 수 있다. 가이드 핀(30)은 제 1 핀 홀(16) 및 제 2 핀 홀들(26)과 동일한 직경의 샤프트 또는 쐐기모양으로 형성될 수 있다. 가이드 핀(30)이 삽입된 제 1 핀 홀(16) 및 제 2 핀 홀들(26)에 접착제가 도포되면 기판(10)과 페룰(20)이 고정될 수 있다. 가이드 핀(30)에 의해 기판(10)이 파손되는 것을 방지하는 보조 기판(11)이 상기 기판(10)의 하부에 형성될 수도 있다. 또한, 보조 기판(11)에는 가이드 핀(30)이 삽입되는 보조 핀 홀(13)이 형성될 수 있다.
결국, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 커넥터(100)는 광 커플러(14)의 양측에 각각 형성된 제 1 핀 홀(16)과 스터드를 이용하여 복수개의 제 2 핀 홀들(26)이 형성된 페룰(20)과 기판(10)의 정렬 효율을 증대 또는 극대화할 수 있다. 또한, 기판(10) 상의 광 커플러(14)와 광섬유들(22)의 광 접합 효율을 증대 또는 극대화 할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 기판 11 : 보조 기판
12 : 광 도파로들 13 : 보조 핀 홀
14 : 광 커플러 16 : 제 1 핀 홀
18 : 스터드 20 : 페룰
22 : 광섬유들 24 : 관통 홀
26 : 제 2 핀 홀 30 : 가이드 핀
100 : 광 커넥터

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  12. 광섬유;
    상기 광섬유를 고정하는 페룰; 및
    상기 페룰에 고정된 상기 광섬유에 결합되는 광 커플러와, 상기 광 커플러에 연결된 광 도파로와, 상기 광 도파로 및 상기 광 커플러가 형성된 기판과, 상기 기판 상에서 상기 페룰을 정렬하는 페룰 정렬부를 구비하는 광 커넥터를 포함하고,
    상기 페룰은 상기 광섬유를 광 커플러에 70도 내지 89도의 경사각으로 접합하는 광학 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 페룰은 상기 기판 상의 상기 페룰 정렬부에 대응되는 제 2 핀 홀을 포함하는 광학 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 페룰 정렬부는 상기 제 2 핀 홀에 삽입되는 스터드를 포함하는 광학 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 핀 홀에 삽입되는 가이드 핀을 더 포함하는 광학 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 페룰 정렬부는 상기 제 2 핀 홀에 삽입된 가이드 핀을 통과시키는 제 1 핀 홀을 포함하는 광학 장치.
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